美國麻省理工開(kāi)發(fā)出用“石墨烯篩子”淡化海水新方法
2014-04-17 16:07:11
admin
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據光明網(wǎng)2012年7月6日訊 美國麻省理工學(xué)院網(wǎng)站7月3日發(fā)布文章稱(chēng)，該校研究人員借助石墨烯開(kāi)發(fā)出了一種海水淡化的新方法。該方法簡(jiǎn)單有效，在成本上也遠低于現有的其他技術(shù)，讓人們在海水淡化上又多了一種選擇。相關(guān)論文*新一期的《納米快報》雜志上。
在世界上許多地方，淡水的供應正在日趨減少，隨著(zhù)人口的增長(cháng)，這一問(wèn)題還將持續嚴峻。因此，有不少人都將目光轉向了幾乎是無(wú)限供應的海水，各種海水淡化技術(shù)也應運而生，但到目前為止，它們還都過(guò)于昂貴，無(wú)法大范圍、低成本推廣。
領(lǐng)導該項目的麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授杰弗里·格羅斯曼說(shuō)，許多人都在關(guān)注海水淡化技術(shù)，并做出不少成績(jì)，但從材料科學(xué)角度研究脫鹽的卻并不是很多。
新研究中格羅斯曼和研究生大衛·科恩·達努奇通過(guò)精確控制多孔石墨烯的孔徑并向其中添加其他材料的方法，改變石墨烯小孔邊緣的性質(zhì)，使其能夠排斥或吸引水分子。這樣這種特制的石墨烯就如同篩子一樣能快速地濾掉海水中的鹽，而只留下水分子。新工藝的關(guān)鍵是非常精確地控制石墨烯孔洞的大小。研究人員稱(chēng)，*理想的大小是1納米，不能太大也不能太小，如果太大了鹽便會(huì )和水分子一起通過(guò)篩子，起不到過(guò)濾的作用；如果太小水分子就無(wú)法通過(guò)這些小孔。計算機模擬結果顯示，這種石墨烯篩子的性能非常優(yōu)秀，能夠快速地完成海水淡化過(guò)程。
科恩·達努奇說(shuō)，此前也有不少研究小組開(kāi)發(fā)過(guò)類(lèi)似的石墨烯篩子，但在尺寸和用途上區別很大。例如，用多孔石墨烯來(lái)過(guò)濾DNA（脫氧核糖核酸）或分離不同類(lèi)型的氣體等。但在這些研究中對石墨烯孔洞的精度要求較低，技術(shù)較為簡(jiǎn)單，無(wú)法適用于海水淡化。
目前海水脫鹽*常用的是反滲透技術(shù)。其工作原理是用一種特制的膜來(lái)過(guò)濾海水中的鹽。但由于這些薄膜上的小孔極為致密（比新技術(shù)中所采用的多孔石墨烯密1000倍），需要非常大的壓力迫使海水通過(guò)薄膜，因此，在淡化海水的同時(shí)還需要消耗不少的能源。相比之下，在相同的壓力下，新技術(shù)在過(guò)濾速度上可比反滲透薄膜技術(shù)快數百倍，或者它能在同樣過(guò)濾速度下，節約更多的能源。
研究人員稱(chēng)，目前他們正通過(guò)計算機對整個(gè)過(guò)程進(jìn)行*后的模擬和調試，以確定其watechliuhede參數。今年夏天首批采用該技術(shù)的石墨烯濾網(wǎng)原型就將問(wèn)世。
格羅斯曼說(shuō)，由于石墨烯的原材料廉價(jià)且易于獲取，這使該技術(shù)在成本上具備了天然優(yōu)勢。另外，它又是已知*硬的材料，與目前所使用的反滲透膜相比更結實(shí)耐用。
哈佛大學(xué)化學(xué)系副教授約書(shū)亞·施耐爾說(shuō)，先前就有人開(kāi)發(fā)出了類(lèi)似的多孔石墨烯結構，但卻沒(méi)有人將其與海水淡化結合起來(lái)。新技術(shù)為海水淡化提供了一個(gè)可供選擇的新方法。